淺淡UPS并機項目中負載割接之要點

胡之榮

（云南電網(wǎng)有限責任公司昆明供電局，云南昆明650000）

0 引言

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、智慧城市的不斷發(fā)展以及云計算、虛擬化、物聯(lián)網(wǎng)等科技水平的不斷提高，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴大。設備對電源的要求更加嚴格，而這其中UPS不間斷電源系統(tǒng)扮演著重要的作用。舊數(shù)據(jù)中心與新數(shù)據(jù)中心之間往往存在著需要進行新舊交替更換的現(xiàn)象，而這一過程往往相對周期過長、風險較大、技術性較強，因此，筆者根據(jù)我局此類UPS改造項目的經(jīng)驗，結合UPS系統(tǒng)并機的特點，對新老系統(tǒng)負載割接過程中如何實現(xiàn)業(yè)務不中斷做出以下分析。

1 并機系統(tǒng)

在UPS電源方案的設計中，A類機房強制要求UPS必須要有冗余設計，而目前這主要是通過UPS的組網(wǎng)方式設計來實現(xiàn)的。業(yè)界對與UPS系統(tǒng)的組建方式主要有兩種，即N+N并機系統(tǒng)和雙總線系統(tǒng)。我局下屬各數(shù)據(jù)中心大多采用了第一種N+N并機系統(tǒng)，特別是1+1并機系統(tǒng)。1+1并機系統(tǒng)即兩臺具備并機功能的UPS構成1+1并機系統(tǒng)（單系統(tǒng)），系統(tǒng)有一套配電系統(tǒng)。1+1的意義在于當一臺主機因為故障或檢修停運時，另一臺主機會自動撐起整個負載。1+1并機系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 1+1并機系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)中單臺UPS容量按照負載容量的120%設計，正常工作時，1+1并機系統(tǒng)均分負載，各負責50%；當一臺主機出現(xiàn)問題時，另一臺主機可以撐起100%負載。

2 雙總線系統(tǒng)

我局部分數(shù)據(jù)中心采用了雙總線系統(tǒng)，雙總線系統(tǒng)即兩套UPS單機組成系統(tǒng)，兩臺UPS主機的輸入市電有兩路，來自不同變壓器的供配，雙電源負載通過兩套系統(tǒng)分別接入，單電源負載通過兩套系統(tǒng)連接的STS開關單路供電。雙總線系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

UPS系統(tǒng)的交流輸入由市電Ⅰ、Ⅱ兩路AC 380 V電源供電，它們分別來自大樓的市電Ⅰ、Ⅱ的不同配電變壓器低壓側母線。市電Ⅰ、Ⅱ兩路AC 380 V電源配置ATS自動切換開關進行切換，切換后一路交流電源同時給UPS供電。UPS輸入采用雙回路設計，即將主輸入和旁路輸入分別接到兩個不同的輸入開關，保證UPS主回路空開跳脫時，UPS旁路輸入仍能對負載進行供電，提高了系統(tǒng)的可靠性。每臺UPS都標配靜態(tài)旁路開關和維修旁路開關，維修過程不影響負載的正常運行，如果另一臺UPS不超載，則在故障機的維修和投運過程中，負載可使用經(jīng)另一臺UPS逆變器輸出的高品質交流電。正常工作時，兩套UPS均分負載；當一套UPS系統(tǒng)（或說是其中一臺主機）需要維護或者宕機的時候，另一套系統(tǒng)（或是另一臺主機）可以完全撐起整個負載。雙總線系統(tǒng)的兩臺UPS是獨立工作的，UPS1和UPS2都分別連接自己的負載，其中雙電源設備由兩臺UPS共同負擔，單電源設備接在STS的輸出端，STS的輸入端分別接在兩臺UPS上，當其中一個系統(tǒng)發(fā)生故障時，經(jīng)STS在1/4的周波時間切換到另一個系統(tǒng)供電，由此做到了點對點的冗余，極大地增加了整個系統(tǒng)的安全可靠性。

3 組網(wǎng)方式比較

結合以上兩種UPS組網(wǎng)模式，根據(jù)我局數(shù)據(jù)中心分步實施的建設特點，目前將老的并機系統(tǒng)都改造為雙總線系統(tǒng)，因為雖然采用1+1并機組網(wǎng)方式設計可以很好地提高UPS系統(tǒng)的可靠性，但前期投入兩臺相同容量的UPS主機，隨著以后業(yè)務的發(fā)展，可擴展N臺以上并機，實現(xiàn)N+1并機模式，但會增加投資，同時也不利于后期的維護。而系統(tǒng)采用雙總線模式，雙電源負載通過兩路不同回路分別接入，單電源負載通過兩套系統(tǒng)連接的STS開關單路供電；后期在擴容和運行維護上，都較1+1并機模式具有更大的優(yōu)勢。

4 負載割接要點

4.1 并機停電事項

考慮到不中斷業(yè)務的負載割接情況，在實施過程中宜采用“分斷式停電實施方案”。目前大部分的UPS1和UPS2為1+1冗余并聯(lián)UPS供電形式，UPS1和UPS2的負載率應控制在50%以內(nèi)，當UPS1停電后，其負載將全部轉移到UPS2上，從而使得UPS2的負載率控制在90%以內(nèi)，達到高負載運行。故需要根據(jù)目前的情況，采用末端割接的方案，對各機柜逐一割接負荷，待所有負荷全部割接到新的UPS主機上后，再對舊的UPS進行停電操作。UPS供電系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 UPS供電系統(tǒng)圖

UPS停電步驟如下：

（1）停運UPS1（或UPS2）的逆變器（按住UPS前面板上灰色的“逆變器停止”鍵3 s）；

（2）斷開UPS1（或UPS2）的隔離開關Q5N、Q4S、QF1和Q1；

（3）斷開UPS1（或UPS2）的市電上級開關。

4.2 停電應急預案

4.2.1 應急目的

由于本項目實施的特殊性以及數(shù)據(jù)中心機房的特殊性和重要性，在發(fā)生供電線故障等情況時，極有可能發(fā)生實施過程中機房突然停電的事故。為了有效預防以及正確、快速地應對信息機房電源系統(tǒng)突發(fā)事件，不斷提高預防和應對突發(fā)事件的能力，最大限度減少突發(fā)事件的影響和損失，保障信息機房的安全、穩(wěn)定運行，在斷電時并不影響相關業(yè)務的正常運作，需要制定相應的應急預案。

4.2.2 處置原則

數(shù)據(jù)中心機房電源中斷過程中遵循以下原則：（1）在統(tǒng)一指揮調配下，按照“統(tǒng)一領導，誰主管誰負責，誰維護誰負責，各司其職”的原則協(xié)同配合，具體實施；（2）應布置專門應急工作人員，明確責任、明確任務，做到工作到人、責任到人；（3）應急過程中，各相關技術支持人員部署到位，確保停電期間重要系統(tǒng)和設備運行正常，以及恢復供電后所有系統(tǒng)、設備運行正常。

4.2.3 應急預案啟動的發(fā)起流程

如實施過程中突發(fā)中斷電源的情況，由現(xiàn)場監(jiān)督人員通知項目管理人員，項目管理人員報告中心分管領導和報告信息中心主任，并向班組成員下達應急預案的啟動，當電源恢復供電或電源室故障處理完畢，信息機房系統(tǒng)設備電源恢復正常后，由應急總指揮宣布結束應急預案的執(zhí)行。

4.2.4 負載割接應急處置方案

4.2.4.1 應急處置方案一

UPS旁路恢復機房供電：如果在UPS1更換過程中出現(xiàn)因UPS2過負荷、施工不當?shù)仍驅е聶C房供電中斷，此時，應及時合上UPS2旁路檢修開關Q3BP恢復機房供電，如果在UPS2更換過程中出現(xiàn)機房供電中斷，此時應該合上新更換的UPS1旁路檢修開關恢復機房供電，并立即查處故障。

此方案操作安全、簡單、可靠，便于快速復電。

4.2.4.2 應急處置方案二

數(shù)據(jù)中心機房動力配電柜供電，具體方式為：（1）預先準備好如下材料：應急電纜、應急工具等；（2）將UPS配電輸出柜總輸出斷路器和各機柜斷路器開關斷開；（3）將電纜一頭與總斷路器下端進行端接；（4）將電纜另一頭與動力配電柜備用斷路器下端進行端接；（5）檢查電纜的端接情況；（6）合上動力配電柜備用斷路器開關；（7）合上各機柜斷路器開關為各IT設備供電。

此方案操作安全風險較大，實施過程復雜，無法在短期內(nèi)對機房復電。

4.2.4.3 應急處置方案三

備用UPS供電，具體方式為：（1）預先準備好如下材料：應急UPS電源、應急電纜、應急工具等；（2）將UPS配電輸出柜總輸出斷路器和各機柜斷路器開關斷開；（3）將電纜一頭與UPS配電輸出柜總斷路器下端進行端接；（4）將電纜另一頭與應急UPS電源輸出端進行端接；（5）檢查電纜的端接情況；（6）啟動應急UPS電源；（7）合上各機柜斷路器開關為各IT設備供電。

此方案操作風險較大，材料準備及操作復雜，無法在短期內(nèi)對機房復電。

從材料準備、操作安全性、復雜性及復電時間等多個維度綜合對比，方案一最優(yōu)。

5 結語

UPS系統(tǒng)為電力系統(tǒng)中的調度系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)提供可靠穩(wěn)定的電源，同時支撐著整個核心網(wǎng)絡等關鍵業(yè)務的穩(wěn)定運行，故選擇一套可靠的UPS并機負載割接方案，將更有效地進行新老系統(tǒng)的交替更新，從而有助于提高整個電力調度系統(tǒng)穩(wěn)定運行性，并優(yōu)化UPS供電系統(tǒng)，為電網(wǎng)的信息化建設發(fā)展提供有效的支撐。

[1]電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范：GB 50174—2008[S].

[2]低壓配電設計規(guī)范：GB 50054—2011[S].

[3]中國南方電網(wǎng)有限責任公司信息機房建設技術規(guī)范：CSG 118005—2012[S].